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1、生物技术与人类论文院（系） 数学科学学院 专业 应用数学 姓名 学号 上海交通大学通识教育立项核心课程课程小论文题目编号20得分序号选题1生物技术的由来与发展2基因工程与农业革命3“黄金水稻”所引发的故事4“绿色革命”与农业基因工程5转基因食品安全吗？6舌尖上的生物技术7功能食品与生物技术8新能源的希望-生物柴油9化解能源危机的微生物10“白色革命”与生物技术11改变环境的基因科学12“红色革命”与基因工程13非典型战争生物战与基因武器14抗生素与耐药菌15转基因的影响16基因的伦理17试管婴儿的是与非18转基因与生物多样性19人类基因与专利20自选题目（限在粮食或视频、能源或人类健康领域）
2、基因工程给予HIV患者治疗福音 基因工程给予HIV患者治疗福音xxx （xxx 上海交通大学数学科学学院）摘要：HIV是一种人体免疫缺陷病，治疗难点主要在于病毒复杂多变，潜伏时期较长，制备高效价的针对gpl20的特异性单抗，和研究出特异性强，能在人体内定向表达的HIV抗体基因，再结合高效抗逆转录病毒治疗 （HAART） 的鸡尾酒药物疗法是治疗的新思路；在现今还不能治愈HIV患者情况之下，早期诊断显得更加重要，基因工程DNA重组和多肽合成技术一出现，很快被用于HIV诊断试剂的研究和生产；新型质粒DNA疫苗取得良好的初期成果，转入用重组酵母中表达可省去佐剂的添加；但是由于HIV的高隐蔽性，善于隐藏
3、抗原，躲避杀伤性T细胞，高突变型，传统治疗方法无法根治；天然植物提取剂，如黄酮类、生物碱类、香豆素类、木脂素类、多糖，还有我国新疆地区的“生命营养液”，都被证明对抗HIV有效；CCR5 基因参与 HIV感染的细胞因子，其变异体，CCR532被证明对抗HIV行之有效，因此结合锌指蛋白核酸酶( zinc finger nucleases，ZFNs，一类经人工改造的核酸内切酶)，表现出 DNA 结合特异性，为科学家研发出更简易的新型基因组靶向修饰技术带来了希望，可将CCR532基因转入表达。一种转录激活子样效应因子( transcription activator-like effector，TAL
4、E) 也和ZFNs有相似效果；在上述研究基础上，值得庆贺的是，诺奖得主Baltimore用两个名为b12和VRC01的抗体，成功让小鼠免疫HIV，不过eCD4-lg抗体抗病能力更好，但其是否在人体内表达还尚待研究。关键词：HIV 基因工程 HIV抗体 HIV疫苗 HIV诊断 gp120特异性单抗 CCR532基因 重组酵母细胞 “生命营养液” ZFNs TALEs b12抗体VRC01抗体 eCD4-lg抗体1. HIV感染机理与治疗难点1.1 HIV患病机理艾滋病是一种危害性极大的传染病，由感染艾滋病病毒（HIV病毒）引起。HIV是一种能攻击人体免疫系统的病毒。它把人体免疫系统中最重要的T淋
5、巴细胞作为主要攻击目标，大量破坏该细胞，使人体丧失免疫功能。因此，人体易于感染各种疾病，并可发生恶性肿瘤，病死率较高【1】。HIV在人体内的潜伏期平均为89年，患艾滋病以前，可以没有任何症状地生活和工作多年。它可以通过性行为和血液、母乳传播。1.2 HIV治疗难点 首先，HIV变种多，疫苗很难具有普适性。HIV病毒分为两种亚型（HIV-1，HIV-2，其中HIV-1是主要的致病病毒），HIV-1和 HIV-2 在基因序列上差异甚大，以致于它们的外膜糖蛋白常常不能引起交叉免疫反应，这些不同病毒进化枝或株系在基因序列上的差异导致世界上不同的地理区域需要不同的 HIV疫苗，即使同一亚型的病毒在不同患
6、者体内，病毒的毒株也不相同。其次，传统的通过主动免疫的思路来研制疫苗方法行不通。经典的开发疫苗的办法是使用全部或部分非活性病毒来诱导免疫力，但艾滋病病毒努力隐藏了大部分抗体容易识别的外部结构【2】。因此，想要找到一个能够激发人体的免疫反应，同时还可以对抗病毒的各种不同的突变的分子是十分困难的。1.3 治疗HIV的主要思路HIV可能通过两种方式即游离于细胞外和与细胞相结合而传播，因而有效的HIV疫苗必须能诱导出抑制性传播病毒的粘膜免疫和抑制病毒直接进入血液的系统免疫，这说明一个有效的 HIV 疫苗应能使游离于细胞的病毒能被抗体结合中和，或与细胞相结合的病毒能被细胞免疫清除。HIV一1外膜蛋白gp
7、l20是HIV感染早期最早出现的蛋白抗原之一，在HIV侵染靶细胞的过程中起着决定性的作用，其在感染过程中暴露出来的重要的抗原表位及与受体结合的位点，使其成为研究HIV疫苗和抑制HIV感染药物的重点。制备高效价的针对gpl20的特异性单抗，可以为HIV感染的检测和研究提供特异性的工具3。此外，研究出特异性强，能在人体内定向表达的HIV抗体基因，结合高效抗逆转录病毒治疗 （HAART） 的鸡尾酒药物疗法也是治疗的新思路。同时，也应当不断提高对HIV患病机制的理解，加强对抗HIV的抗体蛋白以及天然生物（如植物）提取试剂的研究。2、基因工程为HIV提供更精准的诊断 2.1 基因工程初显神威为了提高HI
8、V的治疗，首先得提高其诊断水平，以保证早期患者可以得到有效治疗，防止HIV的大量传播，提高输血安全性。第一代HIV诊断试剂于1985年产生，使得经血液感染HIV的危险由1984年的02下降为1988年的140 0001250 000，但由于与培养HIV的H9细胞的成份发生反应，出现较多假阳性反应，检测早期感染的敏感性也不好，所以产生了第二代诊断抗体。由于那时基因工程的兴起，为治疗HIV提供了新思路，DNA重组和多肽合成技术一出现，很快被用于HIV诊断试剂的研究和生产3。第2代试剂的主要特征是使用重组或合成多肽抗原，敏感性和特异性均较第1代试剂有所提高。据测算，使用第2代试剂，窗口期（艾滋病毒进
9、入人体后，需要经过一段时间血液才会产生艾滋病毒抗体，在此期间抗体检测呈阴性，这段时间即为窗口期）平均比第1代试剂缩短203天，输血感染HIV的危险下降到1992年的205百万(高流行区)和47百万(低流行区)。2.2 基因工程在HIV治疗中的应用已成常态 1986年，在西非的AIDS病人标本中又分离出另外一种HIV，称为HIV-2。用HIV-1抗体初筛试剂检测HIV-2阳性标本常常发生漏检。而应用基因工程，在试剂在包被的HIV-1抗原中加入HIV-2gp36多肽，使得标本中的HIV-1和HIV-2抗体均可显示阳性。第三代检测抗体由第l代和第2代的间接法改变为双抗原夹心法，酶标记物由抗人IgG改
10、变为特异性HIV抗原。这种试剂可以检测HIV的不同亚型包括IgG、IgM、IgA等，并且不需要将标本过度稀释来保证特异性，因而具有较高的敏感性。第3代试剂比第2代试剂检出HIV抗体可提前49天，假阳性率大约为026。第四代试剂结合了两个不同的检测概念，同时检测HIVl2O抗体和p24抗原,p24抗体的加入缩短窗口期至是62天较原先试剂提早四天，窗口日期缩短了65。3、HIV新型疫苗的制备（质粒DNA疫苗） 31 质粒DNA疫苗效用评估 表达大多数 HIV 蛋白的活的减毒疫苗在灵长类实验中曾被证明是最好的免疫原，然而高度减毒的 SIV（一种和HIV性状相似但毒性较弱的病毒）可以保护成年的恒河猴不
11、受HIV 的感染和初生的恒河猴不产生艾滋病，不过，有些受保护的成年恒河猴最终还是发展成为艾滋病，因而采用这种活的减毒病毒方式生产 HIV 疫苗是行不通的4。失活病毒疫苗在人类预防流感病毒和脊髓灰质炎病毒方面曾被证明是行之有效的，然而在SIV/恒河猴模型中进行的评价却令人失望。通过重组 DNA 技术产生的高度纯化的病毒蛋白对于人体预防乙肝病毒感染是一个高度有效的免疫原，但是应用于HIV时发现它不能诱导体内产生CTL应答（细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic lymphocyte,CTL）是白细胞的亚部，为一种特异T细胞，专门分泌各种细胞因子参与免疫作用。）T 细胞不能预防感染，但能控制HIV的
12、复制。目前已知一种名为CD8的T细胞可通过三种不同的机理控制 HIV的感染（1）通过细胞毒功能杀死感染的细胞；（2）通过分泌可溶性因子抑制病毒复制；（3）通过分泌趋化因子如 MIP-1 MIP-1 和 RANTES 而抑制病毒进入5。因此，一个理想的 HIV 疫苗既要产生具有广泛交叉反应的抗体又要产生高水平的抗病毒 T 细胞。近年来研究的主要方向是质粒DNA疫苗。因为它们能简单地诱导两种名为 CD4和 CD8的T细胞应答。质粒 DNA疫苗在恒河猴能诱导 SIV特异性CTL应答。这种疫苗诱导的免疫能促进第二次CTL应答的产生并能控制随后的致病性。采用质粒DNA免疫原作为 HIV候选疫苗的人体早期
13、试验研究已在进行中。它的内容包括由编码 Env 和/或 Rev 蛋白的治疗性DNA疫苗，以质粒DNA活的重组病毒或基因缺失病毒作载体导入受体细胞；或者采用初始免疫和加强免疫(prime-boost)相结合的组合疫苗策略。除裸露的质粒 DNA外，病毒载体正逐渐被用来携带各种 HIV 基因，最常使用的病毒有：水痘病毒、塞姆利基森林病毒、腺病毒、和辛德毕斯病毒等，其中腺病毒下面我将会提到，将它作为载体，产生了一件极其不可思议的事：小鼠成功获得免疫HIV能力。MVA是一种高度减毒的病毒毒株，将其作为 HIV 疫苗载体不久将会在早期人体试验中进行评估。作为 HIV 疫苗载体，研究最为广泛的水痘但是美中不
14、足的是，如果只用 DNA 作为初始免疫和加强免疫则不能控制致病性免疫缺损病毒的进攻，这是因为DNA 本身不能有效产生高水平的T细胞，但是在DNA 疫苗中加入各种常规佐剂、基因佐剂和包裹 DNA 的微球，则其免疫原性可增加 510倍。 3.2质粒DNA的酵母制备方式那么问题又来了，加入的这些佐剂是不是是流程更复杂化？大公司是不是又可以从中榨取剩余利润？实际上，现在已经可以从酵母中表达这些DNA疫苗了，同时因为酵母细胞具有多种天然的佐剂成分如葡聚糖、甘露聚糖, 进入体内被DC细胞（树突状细胞）吞噬之后可以促进DC的成熟 、分化，激活DC产生IL-12和增强DC对抗原的提呈能力。因而，以酵母为载体的
15、疫苗具有较强的佐剂效果。其中，得说明IL-12是一种T细胞生长因子,它被广泛用于激活体内 T 细胞和杀伤性N K细胞(自然杀伤细胞)从而保持CTL的免疫治疗作用。艾滋病患者体内由于IL-12的缺乏，CD8 T淋巴细胞的增殖能力严重 受损6。所以在设计疫苗时将IL-12编码基因与Gag蛋白编码基因一起装载到酵母载体内 , 以期获得疫苗的最大效用。为分析疫苗的有效性，设计了Gag特异性的细胞免疫反应的检测, 分别在小鼠和食蟹猴身上做了相关的实验研究。小鼠分别于第0天和第7天各免疫注射1次，于第14天处死，分离脾脏淋巴细胞并将细胞与Gag肽一起培养。用ELISPOT检测（酶联免疫吸附法）FIN-（-干扰素）的分泌。经疫苗免疫的小鼠淋巴细胞在体外 再次遇到Gag抗原刺激，可以分泌大量的FIN-。为验证实验结果，在食蟹猴身上做了同样的实验。并获得了相同的结果，如上图所示。证明了疫苗主要是通过诱导CTL反应而发挥免疫治疗作用。另外，带有IL-12的疫苗比缺乏IL-1
